氧化还原与滴定

第九章氧化还原反应与氧化还原滴定法制作人：陶文娟第一节氧化还原反应第二节原电池与电极电势第三节氧化还原滴定法第一节氧化还原反应一氧化数二氧化与还原三氧化还原反应方程式的配平氧化还原反应第一节第九章银饰变黑银饰表面被氧化，进而变色失去光泽。燃烧是物质迅速氧化，产生大量光和热。一、氧化数定义：某元素一个原子的电荷数，该电荷数是假设把每个化学键中的电子指定给电负性更大的原子而求得。并规定得电子的原子氧化数为负值，在数字前加”-”号；失电子的原子氧化数为正值，在数字前加”+”号。第一节第九章（一）确定氧化数的一般原则第一节第九章1.在单质分子中，元素的氧化数为零。例如：H2、Cl2、N2等分子中原子的氧化数为零。2.对单原子离子，元素的氧化数等于离子的电荷数。例如：Ca2+，钙的氧化数为+2。3.在共价型化合物中，假定把每一化学键中的电子制定给电负性较大的原子，则各元素原子所带的形式电荷分别是它们的氧化值。例如：H2O中O为-2，NH3中N为-3。（一）确定氧化数的一般原则第一节第九章5.氢在化合物中，一般氧化数为+1；在金属氢化物中，氧化数为-1。例如：KH中，氢为-1。6.在化合物分子中，各元素氧化数的代数和等于零；在多原子离子中，各元素氧化数的代数和等于离子所带电荷数。如MnO4-中Mn的氧化数为+7，O的氧化数为-2。4.氧在化合物中，一般氧化数为-2；在过氧化物中为-1；在超氧化物中为-1/2；氟的氧化物OF2中，氧的氧化数为+2。（二）氧化数与化合价之别第一节第九章氧化数是人为规定的，其数值可以是整数、分数、零、小数。例如：Ni(CO)4中Ni的氧化数是0、Fe3O4中Fe的氧化数是+8/3。化合价是原子间形成化学键数目的表示，只有整数。例如：CH4、C2H6、C2H4、C2H2中碳的氧化数分别为-4、-3、-2、-1，而碳的化合价是4。例题讲解通过计算确定下列化合物中S原子的氧化值：（a）H2SO4（b）S2O32-（c）S4O62-第一节第九章解：设题给化合物中S的氧化值分别为x1,x2,x3，根据上述有关规则可得：（a）2(+1)+1(x1)+4(-2)=0x1=+6（b）2(x2)+3(-2)=-2x2=+2（c）4(x3)+6(-2)=-2x3=+2.5分别写出碳在下列各物质中的共价键数目和氧化数。CH3Cl,CH4,CHCl3,CH2Cl2,CCl4思考题第一节第九章答：（1）碳的共价键数目均为4（2）氧化数分别为CH3Cl（-2）,CH4（-4）,CHCl3（+2）,CH2Cl2（0）,CCl4（+4）二氧化与还原第一节第九章2Cu+O2==2CuO铜的氧化反应0+2失去电子，氧化数升高2CuO+H2==2Cu+H2O氧化铜的还原反应+20得到电子，氧化数降低（一）氧化和还原的定义第一节第九章氧化：在一个反应中，元素氧化值升高的过程。还原：元素氧化值降低的过程。氧化还原反应：在化学反应过程中，元素的原子或离子在反应前后氧化值发生变化的一类反应。反应中氧化数升高的总数与氧化数降低的总数相等。（二）氧化剂和还原剂第一节第九章氧化剂：化学反应中发生还原反应的物质表现：氧化数降低的物质氧化性：氧化剂氧化其它物质的性质反应产物：氧化剂反应后的产物叫还原产物。（二）氧化剂和还原剂第一节第九章还原剂：化学反应中发生氧化反应的物质。表现：氧化数升高的物质氧化性：还原剂还原其它物质的性质。反应产物：还原剂反应后的产物是氧化产物。第一节第九章2Cu+O2==2CuO氧化还原反应0+2失去电子，氧化数升高0-2得到电子，氧化数降低O2是氧化剂，具有氧化性，发生还原反应。O原子得到2个电子，氧化数降低，生成的产物O2-是还原产物。Cu是还原剂，具有还原性，发生了氧化反应。Cu原子失去2个电子，氧化数升高，生成的产物Cu2+是氧化产物。例题讲解氧化剂反应还原氧化数降低常说是被还原了具有的性质氧化性还原剂反应氧化氧化数升高常说是被氧化了具有的性质还原性第九章（二）氧化剂和还原剂第一节第九章（二）氧化剂和还原剂第一节常见的氧化剂①活泼的非金属如：X2(卤素)、氧气。②高价的金属离子如：Fe3+、Sn4+、Cu2+等。③具有最高或较高氧化数的含氧化合物。如：KMnO4、HClO、KClO3、KClO4、K2Cr2O7、HNO3、浓H2SO4④某些氧化物和过氧化物如：MnO2、H2O2等。第九章（二）氧化剂和还原剂第一节常见的还原剂①活泼金属及某些非金属如：Na、Mg、Al、Zn、Fe、H2等。②低价金属离子如：Fe2+、Sn2+、Cu+等。③具有低或较低化合价的化合物。如：CO、SO2、H2S、K2S2O3、NaNO2、KI等。（三）歧化反应第一节第九章歧化反应：氧化数的升、降都发生在同一物质中的同一元素上，则这种氧化还原反应称为歧化反应。2H2O22H2O+O2-20-1得到电子，氧化数降低失去电子，氧化数升高请指出下列化合物哪些是氧化剂，哪些是还原剂，哪些既是氧化剂又是还原剂？F2、Na、KMnO4、MnO2、H2O2、KI、Fe2+、Fe3+、O2、HClO、NH3、H2SO4(浓)、HNO3、Cu+思考题第一节第九章答：（1）氧化剂：F2、KMnO4、HNO3、Fe3+、HClO、H2SO4(浓)（2）还原剂：Na、KI、Fe2+、NH3（3）氧化及还原剂：MnO2、H2O2、Cu+①电数相等：氧化剂的氧化数降低总数和还原剂的氧化数升高总数相等。②个数相等：反应前后每一元素的原子个数必须相等。三、氧化还原反应方程式的配平第一节第九章配平方法有氧化数法和离子-电子法。氧化数法（一）配平原则①写出反应式；②标出氧化数有变化的元素的氧化数，根据元素的氧化数升高和降低的总数必须相等的原则，按最小公倍数确定氧化剂和还原剂化学式前面的系数。③配平其他原子三、氧化还原反应方程式的配平第一节第九章（二）配平步骤氧化数法第一节第九章例题讲解例：在酸性介质中，K2Cr2O7氧化FeSO4,生成Fe2(SO4)3和绿色Cr2(SO4)3,配平此反应方程式。解：1）写出反应物、产物及反应条件Cr2O72-+Fe2++H+→Fe3++Cr3+2）写出各氧化数Cr2O72-+Fe2++H+→Fe3++Cr3++63）配平氧化剂、还原剂前系数Cr2O72-+6Fe2++H+→6Fe3++2Cr3+4）用H2O等进行总配平Cr2O72-+6Fe2++14H+→6Fe3++2Cr3++7H2O重点：氧化还原反应方程式的配平节小结第一节第九章配平注意事项：写出的方程式必须与实验事实相符合反应介质：酸性介质中，不能出现OH－碱性介质中，不能出现H＋难溶或弱电解质应写成分子形式注明沉淀的生成，气体的产生等章节第二节原电池与电极电势一原电池二电极电势三能斯特方程式四电极电势的应用一、原电池第二节第九章电池在我们的生活中常常见到，那么它的结构是怎样的，是怎样产生电的呢？原电池装置锌铜硫酸锌硫酸铜盐桥A第二节第九章前面装置中，每一个烧杯部分就是一个电极，原电池是由两个电极，通过盐桥(也有用离子交换膜或多孔陶瓷)连接，电极两端用外接导线连通得到。原电池是由化学能转化为电能的装置。一、原电池第二节第九章原电池实验盐桥铜-锌原电池Zn半电池Cu半电池一、原电池第二节第九章构成原电池由两个电极(两个半电池)构成每个电极主要由电极反应中的氧化态和还原态构成。一、原电池第二节第九章化学反应负极(阳极)Zn-2eZn2+正极(阴极)Cu2++2eCu氧化还原Zn+Cu2+Zn2++Cu氧化还原一、原电池Zn和Zn2+构成了一个电极。Cu和Cu2+构成了一个电极。两个电极合起来构成一个原电池。第二节第九章一、原电池第二节第九章书写方法电极负极(阳极)(-)Zn|Zn2+(c1)正极(阴极)Cu2+(c2)|Cu(+)原电池(-)Zn|Zn2+(c1)||Cu2+(c2)|Cu(+)一、原电池原电池书写规则第二节第九章“|”表示相界面“||”表示盐桥,表示两液相间的液体接界电势用盐桥消除，离子可以在自由移动c表示溶液的浓度(-)Zn|Zn2+(c1)||Cu2+(c2)|Cu(+)一、原电池该原电池是由锌和锌盐溶液、铜和铜盐溶液所构成的两个半电池所组成。其中Zn片和Cu片用导线连接起来，而锌盐和铜盐溶液用盐桥连接起来，盐桥在这起到什么作用呢？第二节第九章一、原电池盐桥的作用：随着反应的进行，Zn被氧化成Zn2+进入溶液中，使得原溶液的电中性状态被打破，带上正电荷；而Cu2+还原成Cu沉积在Cu片上，使CuSO4溶液因Cu2+的减少而带上负电荷。这样使反应难以继续进行，而有了盐桥后，盐桥中的K+和Cl-则会分别向CuSO4溶液和ZnSO4溶液扩散，且K+和Cl-的迁移速度近似相等，于是保持了两边溶液呈电中性，使电池反应得以继续进行下去。第二节第九章一、原电池第二节第九章思考题写出下列反应组成的原电池符号(各物质均处于标准状态)。在稀H2SO4溶液中，KMnO4和FeSO4发生以下反应：MnO4-+H++Fe2+→Mn2++Fe3+答：电极为离子电极，即将一金属铂片插入到含有Fe2+、Fe3+溶液中，另一铂片插入到含有MnO4-、Mn2+及H+的溶液中，分别组成负极和正极：负极反应：Fe2+→Fe3++e正极反应：MnO4-+8H++5e→Mn2++4H2O电池反应：MnO4-+8H++5Fe2+→Mn2++5Fe3++4H2O原电池符号：(-)Pt|Fe2+(c1),Fe3+(c2)||MnO4-(c3),H+(c4),Mn2+(c5)|Pt(+)第二节第九章二、电极电势(一)电极电势的产生（双电层模型）金属插入盐溶液中，一方面金属溶解以水合离子进入溶液中；另一方面溶液中的金属离子沉积在金属表面上。金属以离子的形式进入溶液后，将电子留在金属片上，出现了双电层，产生电极电势。++++++++Mn+Mn+++++++Mn+金属电极的双电层结构第二节第九章(一)电极电势的产生（双电层模型）Mn+电极表面带负电电极表面带正电反应定义这种金属与溶液之间因形成双电层而产生的稳定电势称为电极电势。M(s)Mn+(ag)+ne第二节第九章(一)电极电势的产生（双电层模型）电极电势大小金属越易失电子，留在金属片上的电子就越多，电极电势也就越低。反之就越高。电极电势表示Ox/Red第二节第九章(一)电极电势的产生（双电层模型）Cu-Zn原电池，正是由于两电极的平衡电极电势不同，当用导线将两极连接起来，则两极之间就有一定电势差，从而产生电流。原电池电动势(E)定义:两个电极之间的电势差电动势表示)()(负正E第二节第九章(一)电极电势的产生（双电层模型）第二节第九章(二)标准电极电势-标准氢电极V000002./HH标准电极电势：指定温度(25℃)，浓度均为1mol/L，气体的分压都是标准压力（101.3kPa),固体及液体都是纯净物状态下的电极电势。用来表示。无法测定其绝对值，只有相对值。规定第二节第九章2H++2eH2铂片上表面镀一层海绵状铂（铂黒，很强的吸附H2的能力）插入H+浓度为1mol/L的溶液中，25℃下，不断地通入标准压力的纯H2气流，与溶液中的H+达平衡。1、标准氢电极V000002./HH(二)标准电极电势-标准氢电极第二节第九章(二)标准电极电势欲确定某电极的标准电极电势，可把该电极与标准氢电极组成原电池，测其电动势E，即可求出该电极的电极电势。Eθ=φθ+-φθ-例：测定锌电极的标准电极电位。将标准锌电极与标准氢电极组成原电池，锌为负极，氢为正极，测得Eθ＝0.763(V)。ZnZnHHE//22ZnZn/20763.0V763.0/2ZnZn第二节第九章例题讲解解：各电极的标准电极电势可通过手册查阅，教材上给出的是在水溶液中的标准电极电势。若干电对的标准电极电势（298.15K)电对氧化型＋ne-还原型/VK＋/KZn2＋/ZnFe2＋/FeH＋/H2Cu2＋/CuAg＋/AgF2/F-K＋＋e-KZ